WO2001096918A1 - Guide d'ondes de reseau a ecran de diffraction - Google Patents

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WO2001096918A1
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diffraction grating
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thermal expansion
type diffraction
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Isao Ooyama
Kazutaka Nara
Kazuhisa Kashihara
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The Furukawa Electric Co., Ltd.
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Definitions

  • the present invention relates to an arrayed waveguide type diffraction grating used as, for example, an optical multiplexer, an optical demultiplexer, or an optical multiplexer / demultiplexer in wavelength division multiplexing optical communication.
  • Optical wavelength division multiplexing is, for example, multiplexing and transmitting a plurality of lights having different wavelengths.
  • a light transmitting device or the like that transmits only light of a predetermined wavelength is used in order to extract light for each wavelength on the optical receiving side from multiplexed light to be transmitted. It is essential to provide it in the system.
  • an arrayed waveguide type diffraction grating (AWG; ArrayyedWaveegueid) of a flat optical waveguide circuit (PLC; PlannarLighthtwaveCirccuit) as shown in FIG.
  • the arrayed waveguide type diffraction grating is formed by forming a waveguide as shown in FIG. 1 on a substrate 1 made of silicon or the like with a core made of quartz glass or the like.
  • the waveguide of the arrayed waveguide type diffraction grating includes one or more optical input waveguides 2 arranged side by side; a first slab waveguide 3 connected to an output side of the optical input waveguide 2; 1 connected to the output side of the slab waveguide 3
  • An arrayed waveguide 4 composed of a channel waveguide 4a; a second slab waveguide 5 connected to the output side of the arrayed waveguide 4;
  • the optical output waveguide 6 is formed.
  • the channel waveguides 4a are for propagating light derived from the first slab waveguide 3, are formed to have different lengths from each other by a predetermined amount, and the lengths of the adjacent channel waveguides 4a are ⁇ L is different.
  • the optical output waveguides 6 are provided, for example, in correspondence with the number of signal lights having different wavelengths to be demultiplexed or multiplexed by the array waveguide type diffraction grating. Usually, a large number of channel waveguides 4a are provided, for example, 100 lines. In FIG. 5, for the sake of simplicity, the numbers of these optical output waveguides 6, channel waveguides 4a, and optical input waveguides 2 are simply shown. For example, an optical fiber (not shown) on the transmission side is connected to the optical fiber, so that wavelength multiplexed light is introduced. The light introduced into the first slab waveguide 3 through the optical input waveguide 2 spreads due to the diffraction effect, enters each channel waveguide 4 a of the array waveguide 4, and propagates through the array waveguide 4. I do.
  • the light that has propagated through the array waveguide 4 reaches the second slab waveguide 5 and is further condensed on the optical output waveguide 6 and output.
  • the phase of each light is shifted after propagating through the arrayed waveguide 4, and the focused light is condensed according to the shift amount.
  • the wavefront is tilted, and the position of light collection is determined by the tilt angle.
  • the light condensing positions of the lights having different wavelengths are different from each other. Therefore, by forming the optical output waveguide 6 at the condensing position of each wavelength, light having different wavelengths (demultiplexed light) can be output from the different optical output waveguides 6 for each wavelength. That is, the arrayed waveguide type diffraction grating demultiplexes light of two or more wavelengths from the multiplexed light having a plurality of different wavelengths input from the optical input waveguide 2 and outputs the light from each optical output waveguide 6.
  • the center wavelength of the demultiplexed light is proportional to the length difference (AL) of the channel waveguide 4 a and the effective refractive index n c of the array waveguide 4.
  • the arrayed waveguide type diffraction grating can be used as a wavelength division multiplexer for wavelength division multiplexing transmission.
  • a wavelength multiplexed light having a wavelength of L 1, ⁇ 2, ⁇ 3,...- ⁇ ⁇ ( ⁇ is an integer of 2 or more) is input from one optical input waveguide 2.
  • the light of each of these wavelengths is spread by the first slab waveguide 3 and reaches the array waveguide 4.
  • the lights having different wavelengths which are condensed at different positions depending on the wavelengths are incident on the different optical output waveguides 6.
  • each optical output waveguide 6 an optical fiber for optical output (not shown) is connected to the output end of each optical output waveguide 6 output from the output end of the optical output waveguide 6.
  • the light of each wavelength is extracted through this optical fiber.
  • the light transmission characteristic (wavelength characteristic of the transmitted light intensity of the arrayed waveguide type diffraction grating) of the light output from each light output waveguide 6 is determined by the light transmission center wavelength (for example, L 1, ⁇ 2, ⁇ 3, The light transmission characteristic shows that the light transmittance decreases as the wavelength shifts from the corresponding light transmission center wavelength.
  • the arrayed waveguide grating since the arrayed waveguide grating uses the principle of reciprocity (reversibility) of light, it has not only a function as an optical demultiplexer but also a function as an optical multiplexer. That is, contrary to the traveling direction of the optical signal shown in FIG. 5, when lights of a plurality of different wavelengths are made incident from the respective optical output waveguides 6 for each wavelength, these lights are inverted. The light is multiplexed by the array waveguide 4 through the propagation path of the optical waveguide, and the wavelength multiplexed light is emitted from one optical input waveguide 2.
  • the wavelength resolution of the diffraction grating is proportional to the length difference (mm L) of the channel waveguide 4a constituting the diffraction grating. Therefore, by designing ⁇ L to be large, it becomes possible to multiplex and demultiplex wavelength-division multiplexed light having a narrow wavelength interval, which cannot be realized by a conventional diffraction grating. For this reason, the optical multiplexing / demultiplexing function of multiple signal lights required to realize high-density optical wavelength division multiplexing communication, that is, demultiplexing or multiplexing multiple optical signals with a wavelength interval of 1 nm or less It can perform its function.
  • the above-mentioned arrayed waveguide type diffraction grating is mainly made of a silica-based glass material
  • the above-mentioned light of the arrayed waveguide type diffraction grating is caused by the temperature dependency of the silica-based glass material.
  • the transmission center wavelength shifts depending on the temperature.
  • the temperature dependence is one of the transmission center wavelength of the light output from the optical output waveguides 6 lambda, the equivalent refractive index of the core forming the Arei waveguide 4 n c, the substrate (e.g. silicon substrate)
  • the thermal expansion coefficient of 1 is a s and the temperature change of the arrayed waveguide grating is T
  • T the following equation (1) is used.
  • the wavelength L differs for each optical output waveguide 6, but the wavelength ⁇ has the same temperature dependence.
  • the array waveguide type diffraction grating currently used is often used for demultiplexing or multiplexing wavelength multiplexed light in a wavelength band centered at a wavelength of 150 nm.
  • ⁇ 1550 nm is substituted into the equation (1).
  • the temperature dependence of the light transmission center wavelength of the conventional general arrayed waveguide type diffraction grating becomes a value shown in Expression (2).
  • the unit of dE / dT is nm / ° C.
  • the operating environment temperature of the arrayed waveguide type diffraction grating changes by 20 ° C.
  • the light transmission center wavelength output from each optical output waveguide 6 is shifted by 0.30 nm.
  • the shift amount of the light transmission center wavelength becomes 1 nm or more.
  • Array waveguide type diffraction gratings are characterized by the ability to split or combine wavelengths at very narrow intervals of 1 nm or less. Since it is applied to wavelength multiplexing optical communication taking advantage of this feature, it is a fatal drawback that the center wavelength of light transmission changes by the above shift amount due to changes in the operating environment temperature as described above. Become.
  • the array waveguide is controlled so that the light transmission center wavelength does not change with temperature.
  • a temperature control means such as a Peltier element 30 for keeping the temperature of the path type diffraction grating constant.
  • the shift of the light transmission center wavelength may not be able to be accurately suppressed due to misalignment of the components forming the Peltier element and its control mechanism.
  • FIG. 4 shows an example of an arrayed waveguide type diffraction grating formed based on the above proposal.
  • a glass layer 10 made of quartz glass is fixedly formed on the surface of a substrate 1.
  • the glass layer 10 has one optical input waveguide 2, the first slab waveguide 3, an array waveguide 4 composed of a plurality of channel waveguides 4a, and the second slab waveguide.
  • a waveguide 5 and a plurality of optical output waveguides 6 are provided.
  • the channel waveguides 4a and the optical output waveguides 6 are arranged side by side at predetermined waveguide intervals.
  • the glass layer 10 is separated into a glass layer 10a and a glass layer 10b by the separation surface 8, and the substrate 1 is separated into the substrates 1a and 1b.
  • the first slab waveguide 3 is separated into separation slab waveguides 3a and 3b at the separation surface 8, and the separated separation slab is separated.
  • the light transmission center wavelength is shifted by sliding the waveguide 3 a side along the separation surface 8.
  • the array waveguide type diffraction grating shown in FIG. 4 is provided with a slide moving mechanism for performing the above-described slide movement.
  • This slide moving mechanism slides the separation slab waveguide 3a side along the separation surface 8 in a direction to reduce the temperature-dependent fluctuation of each light transmission center wavelength of the arrayed waveguide diffraction grating.
  • the above-mentioned slide moving mechanism is formed by disposing a high thermal expansion coefficient member 7 below the glass layer 10a having the separated slab waveguide 3a.
  • a base 9 made of a material having a low coefficient of thermal expansion such as quartz glass or an InVar lot is provided below the high coefficient of thermal expansion member 7, and one end of the high coefficient of thermal expansion member ⁇ ⁇ is fixed. Fixed to base 9 by 1 1.
  • the high thermal expansion coefficient member 7 is fixed to the substrate 1 a at the fixing portion 16.
  • a locking member 14 is provided on the other end side of the high thermal expansion coefficient member 7, and the locking member 14 prevents the glass layer 10a from moving in the thickness direction of the substrate 1a.
  • the distance between the fixed part 16 and the fixed part 11 is L.
  • the glass layer 10 a and the substrate 1 a under the glass layer 10 a are provided so as to be able to slide on the base 9, and the thermal expansion and contraction of the high thermal expansion coefficient member 7 causes the thermal expansion and contraction of the high thermal expansion coefficient member 7.
  • the glass layer 10a and the substrate 1a slide together in the X direction in the figure by the coefficient X temperature change amount XL).
  • the substrate 1b on which the separated slab waveguide 3b, the array waveguide 4, the second slab waveguide 5, and the optical output waveguide 6 are formed has a low thermal expansion coefficient formed of a material having a low coefficient of thermal expansion. Fixed to base 9 via expansion plate member 40 I have. Thus, by providing the low thermal expansion plate member 40 on the lower side of the substrate 1b, the level positions in the thickness direction of the glass layer 10a and the glass layer 10b are aligned.
  • the low thermal expansion plate member 40 has the same thermal expansion coefficient as the base 9, and the expansion and contraction due to heat is very small. Therefore, the entire back surface of the low-thermal-expansion plate member 40 is fixed to the base 9 with an adhesive, YAG welding or the like, and the entire front surface of the low-thermal-expansion plate member 40 is fixed to the substrate 1b with an adhesive or the like.
  • An engaging member 41 is provided at one end of the low thermal expansion plate member 40.
  • the locking member 41 includes an upper plate portion 41a provided along the upper surface of the glass layer 10b and a side plate portion provided along the side surface of the glass layer 10b (not shown).
  • the side plate portion is fixed to the base 9 by the fixing portions 42.
  • the locking member 14 includes an upper plate portion 14a provided along the upper surface of the glass layer 10a and a side plate portion provided along the side surface of the glass layer 10a (shown in the drawing).
  • the side plate portion is fixed to the base 9 by the fixing portion 12 in FIG. 4.
  • FIG. 4 the light incident on the optical input waveguide 2 of the arrayed waveguide type diffraction grating is shown.
  • an optical fiber arrangement tool 21 to which the optical fiber 23 is fixed is fixed.
  • An optical fiber array device (optical fiber array) 22 in which a plurality of optical fibers 24 are arrayed and fixed is fixed to the output end 36 side of the optical output waveguide 6.
  • the optical input waveguide 2 and the optical fiber 23 are aligned, and similarly, each optical output waveguide 6 and the corresponding optical fiber 24 are aligned.
  • the high thermal expansion member 7 expands or contracts more than the glass layer 10 and the substrate 1, so that the glass layer 10 a and the substrate 1a are integrally slid along the separation surface 8 in the direction of arrow A or arrow B in the figure.
  • the separation slab waveguide 3a and the optical input waveguide 2 slide.
  • when the temperature becomes high it moves in the direction of arrow A, and when it becomes low, it moves in the direction of arrow B.
  • the movement of the separation slab waveguide 3a along the separation plane 8 is performed in a direction to reduce the temperature-dependent variation of the center wavelength of each light transmission of the arrayed waveguide diffraction grating. It is the amount of movement derived by focusing on the linear dispersion characteristics of. For this reason, in the proposed arrayed waveguide diffraction grating, it is possible to suppress a temperature-dependent variation of each light transmission center wavelength due to a change in the use environment temperature of the arrayed waveguide diffraction grating.
  • the optical fiber array device 22 when the optical fiber array device 22 is fixed, the optical fiber array device 22 comes into contact with the low thermal expansion plate member 40, and the optical fiber array device 22 The optical fiber 24 may interfere. This may cause fluctuations in light emitted from the arrayed waveguide type diffraction grating, and may deteriorate alignment workability between the optical output waveguide 6 and the optical fiber 24.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to appropriately suppress the temperature dependency of the central wavelength of light transmission, and furthermore, to achieve an optical component such as an optical fiber to be connected.
  • An object of the present invention is to provide an arrayed waveguide type diffraction grating having good alignment workability. Disclosure of the invention
  • the present invention provides an arrayed waveguide type diffraction grating having the following configuration. That is, the present invention provides one or more light input waveguides arranged side by side; a first slab waveguide connected to an output side of the optical input waveguide; an output side of the first slab waveguide.
  • An array waveguide comprising a plurality of channel waveguides connected in parallel and having different lengths from each other by a predetermined amount;
  • An array waveguide type diffraction grating comprising: a second slab waveguide connected to an output side of the optical path; and a plurality of optical output waveguides connected in parallel on the output side of the second slap waveguide.
  • the input end of the optical input waveguide is terminated at a first end face of the arrayed waveguide type diffraction grating, and the output end of the optical output waveguide is opposed to the first end face of the arrayed waveguide type diffraction grating.
  • At least one of the first slab waveguide and the second slab waveguide is separated by a separation plane intersecting a light path passing through the slab waveguide.
  • a center wavelength for shifting each light transmission center wavelength of the arrayed waveguide type diffraction grating by sliding at least one side of the separated slab waveguide along the separation surface by temperature.
  • the longitudinal direction of the first end surface, the longitudinal direction of the second end surface, and the longitudinal direction of the separation surface are formed substantially parallel to each other.
  • the separation surface is a surface orthogonal to the central axis of the slab waveguide in the light traveling direction.
  • the separating surface is a surface obliquely intersecting with a central axis in a light traveling direction of the slab waveguide, and an angle formed between the separating surface and a central axis in the light traveling direction of the slab waveguide. The smaller angle shall be less than 83 °.
  • the center wavelength shift mechanism slides the separation slab waveguide in a direction to reduce the temperature-dependent variation of each light transmission center wavelength of the arrayed waveguide grating.
  • the center wavelength shift mechanism has a heat amount corresponding to the temperature change of the arrayed waveguide type diffraction grating by an amount corresponding to the shift of the light transmission center wavelength to be shifted corresponding to the temperature change.
  • the arrayed waveguide grating can be configured with a material that expands and contracts.
  • the substrate on which the arrayed waveguide type diffraction grating is formed has a separation surface corresponding to the separation surface of the separated slab waveguide, and the arrayed waveguide type diffraction grating with the separation surface of the separated slab waveguide as a boundary.
  • the first substrate formed on one side is separated into a second substrate formed on the other side of the arrayed waveguide type diffraction grating on the same separation plane.
  • a high thermal expansion coefficient member having a higher thermal expansion coefficient than the substrate is provided on one of the substrates on the moving side substrate, with the longitudinal direction thereof being the sliding direction of the separating surface of the separated slab waveguide, and the moving side substrate surface.
  • the base end side of the high thermal expansion coefficient member is fixed to a fixed portion, and the thermal expansion and contraction moving side of the high thermal expansion coefficient member is fixed to the moving side substrate, and the high thermal expansion coefficient member is used as a component.
  • a center wavelength shift mechanism including the center wavelength shift mechanism is formed. DOO mechanism moves slide along the separation surface relative to the other side of the one side of the separation slab waveguide by thermal contraction movement of the high thermal expansion coefficient member separated slab waveguide.
  • the first substrate and the second substrate are mounted on the base surface, and a high heat is applied between the lower surface of one of the first and second substrates, the moving substrate.
  • the expansion coefficient member is disposed, and the base end side of the high thermal expansion coefficient member is fixed to a base as a fixing portion, and the other of the first substrate and the second substrate is the low heat disposed on the lower surface thereof.
  • the thermal expansion coefficient member is fixed to the base via an expansion coefficient member, and the thermal expansion coefficient of the low thermal expansion coefficient member is substantially the same as the base thermal expansion coefficient.
  • the first end face of the arrayed waveguide type diffraction grating in which the input end of the optical input waveguide is terminated and the first end face of the arrayed waveguide type diffraction grating in which the output end of the optical output waveguide is terminated.
  • the two end faces face each other. Therefore, for example, when a high thermal expansion coefficient member and a low thermal expansion plate member are provided in the same direction as the longitudinal direction of the separation surface, as in the proposed arrayed waveguide type diffraction grating shown in FIG.
  • Position of the end of the member and low thermal expansion plate member Is a position different from the position of the incident end of the optical input waveguide and the position of the exit end of the optical output waveguide.
  • the input side optical fiber connected to the input end of the optical input waveguide and the output side optical fiber connected to the output end of the optical output waveguide hit the high thermal expansion coefficient member and the low thermal expansion plate member.
  • the work of aligning and connecting the above optical fibers is very easy.
  • the optical fiber array fixture when the optical fiber array fixture is fixed when the optical fiber on the output side is aligned with the output side of the optical output waveguide, The tool does not contact the high thermal expansion coefficient member / low thermal expansion plate member, and the contact does not cause a phenomenon that the optical fibers of the optical fiber array tool interfere with each other. Therefore, there is no phenomenon that the light emitted from the arrayed waveguide diffraction grating fluctuates due to the interference, so that the alignment work between the optical output waveguide and the optical component such as the output side optical fiber can be performed easily. A good arrayed waveguide type diffraction grating can be obtained.
  • the center wavelength shift mechanism slides at least one side of the separation slab waveguide along the separation surface according to the temperature, so that the light transmission center wavelength of the arrayed waveguide type diffraction grating is obtained.
  • the shift amount By appropriately setting the shift amount, the temperature dependence of the light transmission center wavelength can be accurately suppressed.
  • it is possible to respond to a request such as, for example, intentionally shifting each light transmission center wavelength by a set amount and outputting the same.
  • FIG. 1A is a configuration explanatory view showing one embodiment of an arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention
  • FIG. 1B is a view of FIG. 1A viewed from a direction C
  • FIG. 1C is a diagram showing a cross section taken along line DD of FIG. 1A
  • FIGS. 2A and 2B show chip configurations of another embodiment of the arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention.
  • FIG. 2B is a diagram showing an optical fiber and the like on the connection partner side, of which FIG. 2A is a side view and FIG. 2B is a plan view.
  • FIG. 1A is a configuration explanatory view showing one embodiment of an arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention
  • FIG. 1B is a view of FIG. 1A viewed from a direction C
  • FIG. 1C is a diagram showing a cross section taken along line DD of FIG. 1A.
  • FIG. 3 is a plan view showing a chip configuration of still another embodiment of the arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention together with an optical fiber and the like on the connection partner side
  • FIG. FIG. 5 is an explanatory plan view showing a configuration of an arrayed waveguide type diffraction grating proposed in the national patent application.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing an example of a conventional arrayed waveguide type diffraction grating formed by providing a Peltier element. It is. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIGS. 4 and 5 show an embodiment of an arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention.
  • FIG. 1A is a plan view thereof
  • FIG. 1B is a side view of FIG. 1A viewed from the direction C.
  • This embodiment has almost the same configuration as the proposed arrayed waveguide type diffraction grating shown in FIG.
  • the difference of this embodiment from the above proposed example is that the input end 35 of the optical input waveguide 2 terminates at the first end face 18 of the arrayed waveguide type diffraction grating and the output end 3 of the optical output waveguide 6 6 is terminated at a second end face 19 of the arrayed waveguide type diffraction grating facing the first end face 18.
  • the separation surface 8 is a surface facing the first end surface 18 and the second end surface 19, and the length of the first end surface 18 is long.
  • the direction, the longitudinal direction of the second end face 19, and the longitudinal direction of the separation surface 8 are formed substantially parallel to each other.
  • the separation slab waveguide 3a side is along the separation surface 8.
  • a center wavelength shift mechanism that shifts the light transmission center wavelength by sliding is formed in the same configuration as the slide moving mechanism in the proposed example shown in FIG.
  • the center wavelength shift mechanism is configured to slide the separation slab waveguide in a direction to reduce the temperature-dependent variation of each light transmission center wavelength of the arrayed waveguide diffraction grating.
  • the center wavelength shift mechanism is a substance that undergoes thermal expansion and contraction by an amount corresponding to the shift of the light transmission center wavelength that shifts according to the temperature change of the arrayed waveguide grating.
  • a high thermal expansion coefficient member 7 is made of, for example, A1 (aluminum) having a thermal expansion coefficient of 2.3 13 X 10 15 (1 / K).
  • the distance L between the fixing portion 11 for fixing the high thermal expansion coefficient member 7 to the base 9 and the fixing portion 16 for fixing the high thermal expansion coefficient member 7 to the substrate 1a is about 16.6 mm. I have.
  • the locking member 41 is formed in a flat plate shape, and is fixed to the low thermal expansion plate member 40 by a pin-shaped fixing portion 42.
  • the locking member 14 is formed in a flat plate shape, and is fixed to the high thermal expansion coefficient member 7 by a pin-shaped fixing portion 12.
  • pressing members 25 are interposed between the locking members 41 and 14 and the surfaces of the glass layers 10b and 10a of the arrayed waveguide type diffraction grating, respectively.
  • the waveguide of the arrayed waveguide type diffraction grating is formed with the following parameters.
  • the focal length of the first slab waveguide 3 L f 'and the focal length L f of the second slab waveguide 5 equal, the value is 9 mm.
  • the equivalent refractive index of the first slab waveguide 3 and the equivalent refractive index of the second slab waveguide 5 are both n s , and the value is 1.55 ⁇ m. It is 1.445 for the light of ⁇ .
  • the optical path length of the adjacent channel waveguide 4a The difference is 65.2 ⁇ m, the distance between adjacent arrayed waveguides 4 is 15 m, the diffraction order m is 61, and the equivalent refractive index nc of the arrayed waveguide 4 is 1.55 ⁇ .
  • the group refractive index ng of the array waveguide is 1.475 for light with a wavelength of 1.55111.
  • the relationship between the use environment temperature change amount T of the arrayed waveguide grating and the position correction amount d X ′ of the optical input waveguide 2 is expressed by the following equation (3). Is represented.
  • the position of the output end of the optical input waveguide 2 is corrected by about 3.8 3 111 in the X direction ( If you move), it becomes a calculation that can correct the center wavelength shift due to temperature.
  • the position of the output end 20 of the optical input waveguide 2 is shifted by about 3.83 ⁇ , as indicated by an arrow.
  • the position of the output end 20 of the optical input waveguide 2 is about 3.83 ⁇ Only, the amount of movement on the side of the separated slab waveguide 3a was determined so as to move in the direction of arrow B.
  • the high thermal expansion coefficient member 7 is formed of A 1 so that this moving amount can be obtained, and the distance L between the fixed portion 11 and the fixed portion 16 of the high thermal expansion coefficient member 7 is determined. It was set to the above value.
  • a glass layer of quartz glass is formed on the silicon substrate 1 by using the flame deposition method, photolithography, and dry etching. It was done.
  • a silicon wafer is applied as the silicon substrate 1, a plurality of glass layers 10 for array waveguide type diffraction gratings are formed on the silicon wafer, and then cut into chips by a dicing tool. An arrayed waveguide type diffraction grating chip was formed.
  • a half-wave plate is inserted and fixed so as to cross all array waveguides 4 of the arrayed waveguide type diffraction grating.
  • a slit for inserting a half-wave plate was formed so as to cross all the arrayed waveguides 4, and the half-wave plate was inserted into the slit and fixed with a thermosetting adhesive.
  • the half-wave plate was provided to suppress the polarization dependent loss of the arrayed waveguide grating.
  • the first slab waveguide 3 is separated by cutting at a separation surface 8 which intersects the light path of the first slab waveguide 3, and separated into slab waveguides 3a and 3b.
  • Layer 10 was also separated into glass layers 10a and 10b.
  • the substrate 1 is also separated into the first substrate 1a and the second substrate 1b.
  • the separation line marker is used in the waveguide configuration of the arrayed waveguide type diffraction grating (waveguide pattern). ) was formed all over the place other than.
  • an oil for preventing reflection is applied to the separation surface 8, and the array waveguide type is formed on the base 9 via the high thermal expansion coefficient member 7 and the low thermal expansion plate member 40.
  • the diffraction grating chip is arranged, and the glass layer 10b and the substrate 1b are fixed in the above-described fixing mode.
  • the expansion coefficient member 7 is arranged as described above so as to move in accordance with the amount of expansion and contraction due to a temperature change.
  • the present embodiment is configured as described above, and this embodiment can also achieve the same effect by the same operation as that of the arrayed waveguide type diffraction grating of the proposed example shown in FIG. Actually, when the light transmission center wavelength shift amount of the arrayed waveguide type diffraction grating was measured within the operating temperature range, it was confirmed that the shift amount could be suppressed to about 0.1 nm.
  • the end face 19 and the separation face 8 face each other.
  • a problem could occur when the optical fiber 24 connected to the optical output waveguide 6 and the optical fiber array device 22 hit the low thermal expansion plate member 40.
  • the first end face 18, the second end face 19, and the separation face 8 face each other, such a problem occurs. Can be suppressed. Therefore, it is very easy to connect and align the output side optical fiber 24 and the optical fiber arrangement tool 22 to the output end 36 of the optical output waveguide 6.
  • an arrayed waveguide type diffraction grating can be manufactured with good workability, and an arrayed waveguide type diffraction grating that can accurately suppress the temperature dependence of each light transmission center wavelength can be obtained with high yield. be able to.
  • the cross section is formed as shown in FIG. 1C. It is in a state. That is, the first end surface 18, the second end surface 19, and the separation surface 8 force S are all inclined surfaces that intersect the surface R perpendicular to the surface of the substrate 1 at an angle of 8 degrees or more. ing. In this way, it is possible to prevent the reflected light from returning to the light incident side at the connection portion between the optical fiber 23 and the optical input waveguide 2, and to suppress the optical fiber 24 from the corresponding optical output waveguide 6. It is possible to suppress the reflected light from returning to the incident side at the connection portion, and to reduce the return loss at the separation surface 8.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiment, but can adopt various embodiments.
  • the longitudinal direction of the first end face 18 and the longitudinal direction of the second end face 19 are planes parallel to the longitudinal direction of the separation plane 8, but as shown in FIG. 1.
  • the longitudinal direction of the second end surfaces 18 and 19 may be inclined with respect to the longitudinal direction of the separation surface 8.
  • the first and second end faces 18 and 19 are formed as oblique planes that intersect at an angle of 8 degrees or more with the plane S parallel to the separation plane 8,
  • the reflected light at the connection between the optical fiber 23 and the optical input waveguide 2 can be suppressed from returning to the light incident side.
  • the return loss at these connections is set to, for example, 35 dB or more. The connection loss can be reduced.
  • the separation surface 8 when the separation surface 8 is formed as an inclined surface that intersects the surface R perpendicular to the surface of the substrate 1 at an angle of 8 degrees or more, the return loss at the separation surface 8 can be reduced, The connection loss between the separated slab waveguide 3a and the separated slab waveguide 3b can be reduced.
  • the numbers 38 and 39 in FIGS. 2A and 2B are the end faces 18 and 19 of the arrayed waveguide type diffraction grating and the optical fiber aligners 21 and 22. 4 shows an upper plate member provided to further improve the workability of the above.
  • the separation plane 8 is formed at a plane which intersects the light transmission direction center axis of the first slab waveguide 3 substantially perpendicularly.
  • the surface may be inclined with respect to the central axis in the light traveling direction, and the separation surface 8 may be a separation surface that intersects the path of light passing through the slab waveguide to be separated.
  • the separation surface 8 may be a separation surface that intersects the path of light passing through the slab waveguide to be separated.
  • the smaller angle ⁇ ⁇ ⁇ of the angle formed between the separation surface 8 and the central axis of the light traveling direction of the slab waveguide is set to an angle of 83 ° or less, the return loss at the separation surface 8 is reduced. For example, by setting it to 35 dB or more, the connection loss between the separated slab waveguide 3a and the separated slab waveguide 3b can be reduced.
  • the first slab waveguide 3 is separated, but the arrayed waveguide type diffraction grating is formed by utilizing the reciprocity of light. At least one side of the separated separated slab waveguide may be moved in the direction of the substrate surface along the separation surface 8 by a center wavelength shift mechanism, in this case as well as in the above embodiment. The effect of can be obtained.
  • the separation surface 8 is formed by cutting, but the separation surface 8 may be formed by cleavage or the like.
  • the arrayed waveguide type diffraction grating according to the present invention accurately performs demultiplexing, multiplexing, and multiplexing / demultiplexing of optical signals in optical communication and the like. Suitable for aligning and connecting optical components with good workability.

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Description

明 細 書 アレイ導波路型回折格子 技術分野
本発明は、 例えば波長多重光通信において光合波器、 光分波器、 光合 分波器等と して用いられるアレイ導波路型回折格子に関するものである
背景技術
近年、 光通信においては、 その伝送容量を飛躍的に増加させる方法と して、 光波長多重通信の研究開発が盛んに行なわれ、 実用化が進みつつ ある。 光波長多重通信は、 例えば互いに異なる波長を有する複数の光を 多重して伝送させるものである。 このような光波長多重通信のシステム においては、 伝送される多重光から、 光受信側で波長ごとの光を取り出 すために、 予め定められた波長の光のみを透過する光透過デバイス等を 、 システム内に設けることが不可欠である。
光透過デバィスの一例として、 第 5図に示すような平板光導波路回路 (P L C ; P l a n a r L i g h t w a v e C i r c u i t ) のァ レイ導波路型回折格子 （AWG ; A r r a y e d W a v e g u i d e
G r a t i n g ) がある。 アレイ導波路型回折格子は、 シリ コンなど の基板 1上に、 同図に示すような導波路を石英系ガラス等のコアにより 形成したものである。
ァレイ導波路型回折格子の導波路は、 1本以上の並設された光入力導 波路 2 と ； この光入力導波路 2の出射側に接続された第 1のスラブ導波 路 3 と ； 第 1 のスラブ導波路 3の出射側に接続され、 複数の並設された チャネル導波路 4 aからなるァレイ導波路 4 と ； ァレイ導波路 4の出射 側に接続された第 2のスラブ導波路 5 と ； 第 2のスラブ導波路 5の出射 側に複数並設接続された光出力導波路 6 と ； を有して形成されている。 前記チャネル導波路 4 aは、 第 1のスラブ導波路 3から導出された光 を伝搬するものであり、 互いに設定量異なる長さに形成され、 隣り合う チャネル導波路 4 aの長さは互いに Δ L異なっている。 なお、 光出力導 波路 6は、 例えばァレイ導波路型回折格子によって分波あるいは合波さ れる互いに異なる波長の信号光の数に対応させて設けられる。 チャネル 導波路 4 aは、 通常、 例えば 1 0 0本といったように多数設けられる。 第 5図においては、 図の簡略化のために、 これらの光出力導波路 6、 チ ャネル導波路 4 a、 光入力導波路 2の各々の本数は簡略的に示してある 光入力導波路 2には、 例えば送信側の光ファイバ （図示せず） が接続 されて、 波長多重光が導入されるようになっている。 光入力導波路 2を 通って第 1のスラブ導波路 3に導入された光は、 その回折効果によって 広がってアレイ導波路 4の各チャネル導波路 4 aに入射し、 アレイ導波 路 4を伝搬する。
このアレイ導波路 4を伝搬した光は、 第 2のスラブ導波路 5に達し、 さらに、 光出力導波路 6に集光されて出力される。 このとき、 全てのチ ャネル導波路 4 aの長さが互いに設定量異なることから、 アレイ導波路 4を伝搬した後に個々の光の位相にずれが生じ、 このずれ量に応じて集 束光の波面が傾き、 この傾き角度により集光する位置が決まる。
そのため、 波長の異なった光の集光位置は互いに異なる。 したがって 、 各波長の集光位置に光出力導波路 6を形成することによって、 波長の 異なった光 （分波光） を各波長ごとに異なる光出力導波路 6から出力で きる。 すなわち、 アレイ導波路型回折格子は、 光入力導波路 2から入力され る互いに異なる複数の波長をもつた多重光から 2つ以上の波長の光を分 波して各光出力導波路 6から出力する光分波機能を有している。 分波さ れる光の中心波長は、 チャネル導波路 4 aの長さの差 （A L ) 及ぴァレ ィ導波路 4の実効屈折率 n cに比例する。
アレイ導波路型回折格子は、 上記のような特性を有するために、 ァレ ィ導波路型回折格子を波長多重伝送用の波長多重分波器として用いるこ とができる。 例えば第 5図に示すように、 1本の光入力導波路 2から波 長； L 1 , λ 2 , λ 3 , · · - λ η ( ηは 2以上の整数） の波長多重光を 入力させると、 これらの各波長の光は、 第 1のスラブ導波路 3で広げら れ、 アレイ導波路 4に到達する。 そして、 第 2のスラブ導波路 5を通つ て、 前記の如く、 波長によって異なる位置に集光され、 分波された異な る波長の光は互いに異なる光出力導波路 6に入射する。 そして、 それぞ れの光出力導波路 6を通って、 光出力導波路 6の出射端から出力される 各光出力導波路 6の出射端に光出力用の光ファイバ （図示せず） を接 続することにより、 この光ファイバを介して、 前記各波長の光が取り出 される。 なお、 各光出力導波路 6や前述の光入力導波路 2に光ファイバ を接続するときには、 例えば光ファィパを 1次元ァレイ状に配列固定し た光ファイバアレイをそれぞれ用意する。 そして、 この光ファイバァレ ィを光出力導波路 6や光入力導波路 2の接続端面側に固定して光ファィ バと光出力導波路 6を接続し、 同様に光ファイバと光入力導波路 2を接 続する。
上記ァレイ導波路型回折格子において、 各光出力導波路 6から出力さ れる光の光透過特性 （アレイ導波路型回折格子の透過光強度の波長特性 ) は、 各光透過中心波長 （例えば； L 1 , λ 2 , λ 3 , · · · え η ) を中 心と し、 それぞれの対応する光透過中心波長から波長がずれるにしたが つて光透過率が小さくなる光透過特性を示す。
また、 アレイ導波路型回折格子は、 光の相反性 （可逆性） の原理を利 用しているため、 光分波器としての機能と共に、 光合波器としての機能 も有している。 すなわち、 第 5図に示される光信号の進行方向とは逆に 、 互いに異なる複数の波長の光をそれぞれの波長ごとにそれぞれの光出 力導波路 6から入射させると、 これらの光は、 逆の伝搬経路を通り、 ァ レイ導波路 4によって合波され、 1本の光入力導波路 2から波長多重光 が出射される。
このよ うなアレイ導波路型回折格子においては、 前記の如く、 回折格 子の波長分解能が回折格子を構成するチャネル導波路 4 aの長さの差 （ 厶 L ) に比例する。 そのために、 Δ Lを大きく設計することにより、 従 来の回折格子では実現できなかった波長間隔の狭い波長多重光の光合分 波が可能となる。 このことから、 高密度の光波長多重通信の実現に必要 とされている、 複数の信号光の光合分波機能、 すなわち、 波長間隔が 1 n m以下の複数の光信号を分波または合波する機能を果たすことができ る。
ところで、 上記のアレイ導波路型回折格子は、 元来、 石英系ガラス材 料を主とするために、 この石英系ガラス材料の温度依存性に起因してァ レイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長が温度に依存してシフ トす る。 この温度依存性は、 1つの光出力導波路 6からそれぞれ出力される 光の透過中心波長を λ、 前記ァレイ導波路 4を形成するコアの等価屈折 率を n c、 基板 （例えばシリ コン基板） 1 の熱膨張係数を a s、 アレイ導 波路型回折格子の温度変化量を Tとしたときに、 次式 （ 1 ) により示さ れるものである。
d 1 / d T = ( X / n c ) · ( d n , / d T ) + λ - a s ( 1 )
ここで、 従来の一般的なアレイ導波路型回折格子において、 式 （ 1 ) から前記光透過中心波長の温度依存性を求めてみる。 従来の一般的なァ レイ導波路型回折格子においては、 d n。 d T = 1 X 1 0 _5 (°C- 1 ) 、 a s = 3. 0 X 1 0—6 ( °C - 1 ) 、 n c = 1 . 4 5 1 (波長 1 . 5 5 μ ηιにおける値） であるから、 これらの値を式 （ 1 ) に代入する。
また、 波長； Lは、 各光出力導波路 6についてそれぞれ異なるが、 各波 長 λの温度依存性は等しい。 そして、 現在用いられているアレイ導波路 型回折格子は、 波長 1 5 5 0 n mを中心とする波長帯の波長多重光を分 波したり合波したりするために用いられることが多いので、 ここでは、 λ = 1 5 5 0 n mを式 （ 1 ) に代入する。 そうすると、 従来の一般的な アレイ導波路型回折格子の前記光透過中心波長の温度依存性は、 式 （ 2 ) に示す値となる。
d λ / d T = 0. 0 1 5 ( 2 )
なお、 d え/ d Tの単位は、 n m/°Cである。 例えばアレイ導波路型 回折格子の使用環境温度が 2 0 °C変化したとすると、 各光出力導波路 6 から出力される光透過中心波長は 0. 3 0 n mシフ トする。 前記使用環 境温度変化が 7 0 °C以上になると、 前記光透過中心波長のシフ ト量が 1 n m以上になってしまう。
ァレイ導波路型回折格子は 1 n m以下の非常に狭い間隔で波長を分波 または合波できることが特徴である。 この特長を生かして波長多重光通 信用に適用されるものであるため、 上記のように、 使用環境温度変化に よつて光透過中心波長が上記シフ ト量だけ変化することは致命的な欠点 となる。
そこで、 従来から温度により光透過中心波長が変化しないように、 第 5図に示したように、 サーミスタ 3 1の検出温度に基づき、 アレイ導波 路型回折格子の温度を一定に保つペルチェ素子 3 0等の温度調節手段を 設けたア レイ導波路型回折格子が提案されている。 しかしながら、 上記 温度調節手段を用いてァレイ導波路型回折格子^)温度を一定に保っため には、 ペルチヱ素子等に例えば 1 Wといった通電を常時行なわなければ ならず、 コス トがかかる。 しかも、 ペルチヱ素子やその制御機構を形成 する部品の組立ずれ等に起因して、 光透過中心波長シフ トを正確に抑制 できないことがあった。
そこで、 上記課題を解決するために、 ペルチヱ素子等を設けなくても ァレイ導波路型回折格子の光透過中心波長シフ トを抑制できるアレイ導 波路型回折格子が出願番号と して、 特願平 1 1 一 2 7 0 2 0 1号 （出願 日 ： 1 9 9 9年 9月 2 4 日） 、 特願 2 0 0 0 — 0 2 1 5 3 3 (出願日 ： 2 0 0 0年 1月 3 1 日） が付与された日本国特許出願において提案され た。
第 4図には、 上記提案に基づいて形成したァレイ導波路型回折格子の 一例が示されている。 第 4図に示すアレイ導波路回折格子は、 基板 1 の 表面上に石英系ガラスによって形成されたガラス層 1 0を固着形成して いる。
ガラス層 1 0には従来例と同様に、 1本の光入力導波路 2、 第 1 のス ラブ導波路 3、 複数のチャネル導波路 4 aから成るア レイ導波路 4、 第 2のスラブ導波路 5、 複数の光出力導波路 6が設けられている。 前記チ ャネル導波路 4 a、 光出力導波路 6は、 それぞれ予め定められた導波路 間隔を介して並設されているが、 第 4図に示すァレイ導波路回折格子に おいては、 第 1のスラブ導波路 3が、 第 1のスラブ導波路 3の光の経路 と交わる （同図では略垂直に交わる） 分離面 8で分離されている。
また、 分離面 8によって、 前記ガラス層 1 0は、 ガラス層 1 0 a とガ ラス層 1 0 b とに分離され、 基板 1は基板 1 a、 1 bに分離されている 第 4図に示すアレイ導波路回折格子は、 前記の如く、 第 1のスラブ導 波路 3が分離面 8で分離スラブ導波路 3 a , 3 bに分離されており、 こ の分離された分離スラブ導波路 3 a側を前記分離面 8に沿ってスライ ド 移動させることにより前記光透過中心波長をシフ トさせるものである。 第 4図に示されるアレイ導波路型回折格子には、 上記スライ ド移動を行 なうスライ ド移動機構が設けられている。
このスライ ド移動機構は、 アレイ導波路回折格子の各光透過中心波長 の温度依存変動を低減する方向に、 分離スラブ導波路 3 a側を分離面 8 に沿ってスライ ド移動させる機構である。 第 4図に示す構成においては 、 分離スラブ導波路 3 a を有するガラス層 1 0 aの下部側に高熱膨張係 数部材 7を配置して上記スライ ド移動機構を形成している。
高熱膨張係数部材 7の下部側には、 石英ガラスや I n V a r ロッ トな どの低熱膨張率の材料により形成されたベース 9が設けられており、 高 熱膨張係数部材 Ίの一端側が固定部 1 1によりベース 9に固定されてい る。 また、 高熱膨張係数部材 7は固定部 1 6で基板 1 aに固定されてい る。 高熱膨張係数部材 7の他端側には係止部材 1 4を設けており、 係止 部材 1 4はガラス層 1 0 aが基板 1 aの厚み方向に移動することを抑制 している。 前記固定部 1 6 と前記固定部 1 1 との距離は Lである。
ガラス層 1 0 aおよびその下の基板 1 aは前記ベース 9に対してスラ ィ ド移動自在に設けられており、 高熱膨張係数部材 7の熱伸縮に伴い、 (高熱膨張係数部材 7の熱膨張係数 X温度変化量 X L ) だけ、 ガラス層 1 0 aおよび基板 1 aが図の X方向に一体的にスライ ド移動する。
また、 分離スラブ導波路 3 b とァレイ導波路 4 と第 2のスラブ導波路 5 と光出力導波路 6が形成されている側の基板 1 bは、 低熱膨張率の材 料により形成された低熱膨張板部材 4 0を介してベース 9に固定されて いる。 このように、 低熱膨張板部材 4 0を基板 1 bの下部側に設けるこ とによって、 ガラス層 1 0 a とガラス層 1 0 bの厚み方向のレベル位置 を合わせしている。
低熱膨張板部材 4 0はベース 9 と同等の熱膨張率を有しており、 熱に よる伸縮は非常に小さい。 そのため、 低熱膨張板部材 4 0の裏面側全体 をベース 9に接着剤、 Y A G溶接等により固定し、 低熱膨張板部材 4 0 の表面側全体を基板 1 bに接着剤等により固定している。 また、 低熱膨 張板部材 4 0 の一端側には係止部材 4 1 を設けている。
なお、 前記係止部材 4 1は、 ガラス層 1 0 bの上面に沿って設けられ た上板部 4 1 a とガラス層 1 0 b の側面に沿って設けられた側板部 （図 示されていない） とを有する L字形状の部材であり、 側板部が固定部 4 2でベース 9に固定されている。 また、 同様に、 前記係止部材 1 4は、 ガラス層 1 0 aの上面に沿って設けられた上板部 1 4 a とガラス層 1 0 a の側面に沿って設けられた側板部 （図示されていない） とを有する L 字形状の部材であり、 側板部が固定部 1 2でベース 9に固定されている 第 4図においては、 ァレイ導波路型回折格子の光入力導波路 2の入射 端 3 5側には、 光ファイバ 2 3を固定した光ファイバ配列具 2 1が固定 されている。 また、 光出力導波路 6の出射端 3 6側には、 複数の光ファ ィパ 2 4を配列固定した光フアイパ配列具 （光ファイバアレイ） 2 2が 固定されている。 光入力導波路 2 と光ファイバ 2 3 とは調心され、 同様 に、 各光出力導波路 6 と対応する光ファイバ 2 4は調心されている。 第 4図に示すアレイ導波路回折格子において、 アレイ導波路回折格子 の使用環境温度が変化すると、 高熱膨張部材 7がガラス層 1 0及び基板 1 より も大きく膨張または収縮するので、 ガラス層 1 0 aおよび基板 1 aが分離面 8に沿って図の矢印 A方向または矢印 B方向に一体的にスラ ィ ド移動し、 それにより、 分離スラブ導波路 3 a及び光入力導波路 2が スライ ド移動する。 なお、 第 4図においては、 高温になると矢印 A方向 に、 低温になると矢印 B方向に移動する。
前記分離面 8に沿っての分離スラブ導波路 3 aの移動はアレイ導波路 回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に行われ、 その移動量はァレイ導波路型回折格子の線分散特性に着目 して導かれた 移動量とされる。 このため、 この提案のアレイ導波路回折格子において は、 ァレイ導波路回折格子の使用環境温度変化に伴う各光透過中心波長 の温度依存変動を抑制することができる。
しかしながら、 上記提案のアレイ導波路型回折格子においては、 例え ば光ファィバ配列具 2 2の固定時に、 光フアイバ配列具 2 2が低熱膨張 板部材 4 0に接触し、 光フアイバ配列具 2 2の光ファイバ 2 4が干渉し たりする場合がある。 このために、 アレイ導波路型回折格子からの出射 光の変動を引き起こしてしま場合があり、 前記光出力導波路 6 と光ファ ィバ 2 4 との調心作業性が悪くなる場合がある。
本発明は、 上記課題を解決するためになされたものであり、 その目的 は、 光透過中心波長の温度依存性を的確に抑制することができ、 しかも 、 接続される光ファイバ等の光部品との調心作業性の良好なアレイ導波 路型回折格子を提供することにある。 発明の開示
上記目的を達成するために、 本発明は次の構成のァレイ導波路型回折 格子を提供する。 すなわち、 本発明は、 1本以上の並設された光入力導 波路と ； この光入力導波路の出射側に接続された第 1のスラブ導波路と ；該第 1のスラブ導波路の出射側に接続され互いに設定量異なる長さの 複数並設されたチャネル導波路から成るァレイ導波路と ； 該ァレイ導波 路の出射側に接続された第 2のスラブ導波路と ； 該第 2 のスラプ導波路 の出射側に複数並設接続された光出力導波路と ； を備えたアレイ導波路 型回折格子であって、 前記光入力導波路の入射端がァレイ導波路型回折 格子の第 1の端面に終端され、 前記光出力導波路の出射端がアレイ導波 路型回折格子の前記第 1 の端面と対向する第 2の端面に終端されており 、 前記第 1 のスラブ導波路と第 2のスラブ導波路の少なく と も一方がス ラブ導波路を通る光の経路と交わる分離面で分離されて分離スラブ導波 路と成し、 前記分離スラブ導波路の少なく とも一方側を温度により前記 分離面に沿ってスライ ド移動させることによりァレイ導波路型回折格子 の各光透過中心波長をシフ トさせる中心波長シフ ト機構が備えられてい る構成とする。
本発明の 1つの形態においては、 第 1の端面の長手方向と、 第 2の端 面の長手方向と、 分離面の長手方向とを互いに略平行に形成する。
また、 本発明の 1つの構成例では、 分離面はスラブ導波路の光進行方 向の中心軸に対して直交する面とする。 本発明の別の構成例では、 分離 面はスラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる面とし、 前記分離面と前記スラブ導波路の光進行方向の中心軸との成す角度のう ち小さい方の角度を 8 3 ° 以下の角度に形成する。
1つの好適例では、 中心波長シフ ト機構はアレイ導波路型回折格子の 各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路を スライ ド移動させる構成と成す。
また、 中心波長シフ ト機構は、.アレイ導波路型回折格子の温度変化量 に対応してシフ トする光透過中心波長のシフ ト分に応じた量だけ前記温 度変化量に対応して熱伸縮が生じる物質を有して構成することができる 本発明の 1 つの形態例においては、 ァレイ導波路型回折格子は基板面 に形成され、 このァレイ導波路型回折格子を形成した基板は分離スラブ 導波路の分離面に一致する分離面を有して分離スラブ導波路の分離面を 境にしたアレイ導波路型回折格子の一方側を形成した第 1の基板と、 同 じく分離面を境にしたアレイ導波路型回折格子の他方側を形成した第 2 の基板とに分離され、 この第 1の基板と第 2の基板のうちの一方側の移 動側基板には基板より も熱膨張係数の大きい高熱膨張係数部材がその長 手方向を前記分離スラブ導波路の分離面のスライ ド方向にして移動側基 板面に沿って配置されており、 この高熱膨張係数部材の基端側は固定部 に固定され、 高熱膨張係数部材の熱伸縮移動側は前記移動側基板に固定 されて高熱膨張係数部材を構成要素に含む中心波長シフ ト機構が形成さ れ、 該中心波長シフ ト機構は高熱膨張係数部材の熱収縮移動によって分 離スラブ導波路の一方側を分離スラブ導波路の他方側に対し前記分離面 に沿ってスライ ド移動する。
好ましい 1つの例では、 第 1 の基板と第 2の基板はベース面上にマウ ントされ、 第 1の基板と第 2の基板のうちの一方側の移動側基板の下面 とベース面間に高熱膨張係数部材が配置されて高熱膨張係数部材の基端 側は固定部としてのベースに固定され、 第 1の基板と第 2の基板のうち の他方側の基板はその下面側に配置された低熱膨張係数部材を介して前 記ベースに固定されており、 低熱膨張係数部材の熱膨張係数はほぼべ一 スの熱膨張係数と同じにする。
本発明においては、 光入力導波路の入射端が終端されているアレイ導 波路型回折格子の第 1の端面と、 光出力導波路の出射端が終端されてい るァレイ導波路型回折格子の第 2の端面とが互いに対向している。 その ために、 例えば第 4図に示した提案のアレイ導波路型回折格子のように 、 分離面の長手方向と同方向に高熱膨張係数部材と低熱膨張板部材を設 けた場合、 これら高熱膨張係数部材および低熱膨張板部材の端部の位置 は前記光入力導波路の入射端や、 光出力導波路の出射端の位置とは異な る配置位置となる。 そのため、 光入力導波路の入射端に接続される入力 側の光ファイバや、 光出力導波路の出射端に接続される出力側の光ファ ィバが高熱膨張係数部材ゃ低熱膨張板部材にぶつかったりすることはな く、 上記各光ファイバを調心接続する作業が非常に行ない易い。
例えば第 4図に示した提案のァレイ導波路型回折格子のように、 出力 側の光フアイバを光出力導波路の出射側に調心接続する際の光ファィバ 配列具の固定時に、 光ファイバ配列具が高熱膨張係数部材ゃ低熱膨張板 部材に接触することはなく、 この接触に起因して光ファィバ配列具の光 ファイバが干渉したりするという現象は生じない。 したがって、 この干 渉に起因してァレイ導波路回折格子からの出射光が変動を起すという現 象も生じないため、 光出力導波路と出力側光ファイバ等の光部品との調 心作業性の良好なアレイ導波路型回折格子とすることが可能となる。 そして、 本発明において、 中心波長シフ ト機構によって前記分離スラ ブ導波路の少なく とも一方側を温度によって前記分離面に沿つてスライ ド移動させることにより、 ァレイ導波路型回折格子の光透過中心波長を シフ トさせ、 このシフ ト量を適宜設定することによつて前記光透過中心 波長の温度依存性を的確に抑制することが可能となる。 また、 別の使用 形態においては、 例えば、 各光透過中心波長を意識的に設定量だけずら して出力する等の要求にも対応することが可能である。 図面の簡単な説明
第 1 A図は、 本発明に係るァレイ導波路型回折格子の一実施例を示す 構成説明図であり、 第 1 B図は、 第 1 A図を C方向から見た図であり、 第 1 C図は第 1 A図の D— D断面を示す図であり、 第 2 A図， 第 2 B図 は、 本発明に係るアレイ導波路型回折格子の他の実施例のチップ構成を 接続相手側の光ファイバ等と共に示す図であり、 そのうち、 第 2 A図は 側面図であり、 第 2 B図は平面図である。 第 3図は、 本発明に係るァレ ィ導波路型回折格子のさらに他の実施例のチップ構成を接続相手側の光 ファイバ等と共に示す平面構成図であり、 第 4図は、 先の日本国特許出 願において提案されたァレイ導波路型回折格子の構成を示す平面説明図 であり、 第 5図は、 ペルチヱ素子を設けて形成した従来のアレイ導波路 型回折格子の例を示す説明図である。 発明を実施するための最良の形態
' 本発明をより詳細に説述するために、 添付の図面に従ってこれを説明 する。 なお、 以下に示す本発明に係る各実施例の説明において、 第 4図 及び第 5図において説明した部分と同一名称部分には同一符号を付し、 その重複説明は省略又は簡略化する。 第 1 A図および第 1 B図には、 本 発明に係るァレイ導波路型回折格子の一実施例が示されている。 なお、 第 1 A図にはその平面図が、 第 1 B図には第 1 A図を C方向から見た側 面図がそれぞれ示されている。
この実施例は第 4図に示した提案のァレイ導波路型回折格子とほぼ同 様に構成されている。 この実施例が上記提案例と異なることは、 光入力 導波路 2の入射端 3 5をアレイ導波路型回折格子の第 1の端面 1 8に終 端し、 光出力導波路 6の出射端 3 6をアレイ導波路型回折格子の前記第 1の端面 1 8 と対向する第 2の端面 1 9に終端したことである。
また、 この実施例において、 第 1 A図に示すように、 分離面 8は前記 第 1 の端面 1 8 と第 2の端面 1 9に対向する面と成し、 第 1 の端面 1 8 の長手方向と、 第 2の端面 1 9の長手方向と、 分離面 8の長手方向とは 互いに略平行に形成されている。
なお、 本実施例においては、 分離スラブ導波路 3 a側を分離面 8に沿 つてスライ ド移動させることにより前記光透過中心波長をシフ トさせる 中心波長シフ ト機構が第 4図に示した提案例におけるスライ ド移動機構 と同じ構成形態で形成されている。 また、 中心波長シフ ト機構は、 ァレ ィ導波路型回折格子の各光透過中心波長の温度依存変動を低減する方向 に分離スラブ導波路をスライ ド移動させる構成と成している。
中心波長シフ ト機構は、 ァレイ導波路型回折格子の温度変化量に対応 してシフ トする光透過中心波長のシフ ト分に応じた量だけ前記温度変化 量に対応して熱伸縮が生じる物質としての、 高熱膨張係数部材 7を有し て構成されている。 高熱膨張係数部材 7は例えば熱膨張係数が 2 . 3 1 3 X 1 0一5 ( 1 / K ) の A 1 (アルミニウム） によ り形成されている 。 高熱膨張係数部材 7をベース 9に固定する固定部 1 1 と、 高熱膨張係 数部材 7を基板 1 aに固定する固定部 1 6 との距離 Lは、 約 1 6 . 6 m mと成している。
また、 本実施例においては、 第 1 B図に示すよ うに、 係止部材 4 1は 平板状に形成されており、 ピン状の固定部 4 2で低熱膨張板部材 4 0に 固定されている。 同様に、 係止部材 1 4は平板状に形成され、 ピン状の 固定部 1 2で高熱膨張係数部材 7に固定されている。 さらに、 係止部材 4 1， 1 4 とアレイ導波路型回折格子のガラス層 1 0 b , 1 0 aの表面 との間にはそれぞれ押え部材 2 5が介設されている。
なお、 本実施例において、 ア レイ導波路型回折格子の導波路は、 以下 のパラメータを有して形成されている。
すなわち、 第 1 のスラブ導波路 3 の焦点距離 L f ' と第 2のスラブ導 波路 5の焦点距離 L fは等しく、 その値は 9 m mである。 また、 2 5 °C において、 第 1のスラブ導波路 3の等価屈折率おょぴ第 2のスラブ導波 路 5 の等価屈折率は共に n sで、 その値は、 波長 1 . 5 5 μ πιの光に対 して 1 . 4 5 3である。 さらに、 隣り合うチャネル導波路 4 aの光路長 差厶 は 6 5. 2 μ m, 隣り合うアレイ導波路 4同士の間隔は 1 5 m 、 回折次数 mは 6 1、 ァレイ導波路 4 の等価屈折率 n cは波長 1 . 5 5 μ ιηの光に対して 1 . 4 5 1 、 ア レイ導波路の群屈折率 n gは波長 1 . 5 5 111の光に対して 1 . 4 7 5である。
したがって、 本実施例のアレイ導波路型回折格子において、 回折角 φ = 0 となるところの光透過中心波長； L。は、 ； L。= 1 5 5 0 . 9 n mとな る。 また、 前記第 4図の提案例と同様に、 アレイ導波路型回折格子の使 用環境温度変化量 Tと光入力導波路 2の位置補正量 d X ' との関係は次 式 （ 3 ) により表わされる。 したがって、 上記パラメータから本実施例 における位置補正量 d x ' を求めると、 式 （4 ) に示す関係が導かれる d X ' = { ( L f ' - ^ L ) / ( n s · d · λ 0) } · n g · ( d λ / d T) - T ( 3 )
d x ' = 0. 3 8 2 9 T ( 4 )
つまり、 本実施例においては、 アレイ導波路型回折格子の使用環境温 度が 1 0 °C変化した際、 光入力導波路 2の出力端の位置を X方向に約 3 . 8 3 111補正 （移動） すれば、 温度による中心波長ずれが補正できる 計算になる。
そこで、 本実施例では、 アレイ導波路型回折格子の使用環境温度が 1 0 °C上昇したときに、 光入力導波路 2の出力端 2 0の位置が約 3. 8 3 μ ηιだけ、 矢印 Α方向に移動し、 その逆に、 アレイ導波路型回折格子の 使用環境温度が 1 0 °C下降したときに、 光入力導波路 2の出力端 2 0 の 位置が約 3 . 8 3 μ πιだけ、 矢印 B方向に移動するように、 分離スラブ 導波路 3 a側の移動量を定めた。
そして、 この移動量が得られるように、 高熱膨張係数部材 7を A 1 に より形成し、 高熱膨張係数部材 7の固定部 1 1 と固定部 1 6の距離 Lを 上記値に設定した。
なお、 本実施例のァレイ導波路型回折格子も第 4図の提案例と同様に 、 シリ コン基板 1上に石英系ガラスのガラス層を火炎堆積法とフォ トリ ソグラフィ、 ドライエッチングを用いて形成したものである。 また、 シ リ コン基板 1 と してシリ コンウェハを適用し、 このシリ コンウェハ上に 複数のァレイ導波路型回折格子用のガラス層 1 0を形成した後、 ダイシ ングソ一で切断してチップ化してアレイ導波路型回折格子チップを形成 した。
さらに、 図 1には示されていないが、 本実施例においては、 アレイ導 波路型回折格子の全てのァレイ導波路 4を横切る態様で、 半波長板を揷 入固定している。 上記チップ化後に全てのァレイ導波路 4を横切る態様 で半波長板揷入用のスリ ッ トを形成し、 このスリ ッ トに半波長板を挿入 して熱硬化接着剤で固定した。 半波長板は、 アレイ導波路型回折格子の 偏波依存性損失抑制のために設けた。
この状態で、 第 1 のスラブ導波路 3の光の経路と交わる分離面 8で第 1のスラブ導波路 3を切断により分離し、 分離スラブ導波路 3 a , 3 b と し、 それに伴い、 ガラス層 1 0も、 ガラス層 1 0 a , 1 0 bに分離し た。 もちろんこのとき基板 1 も、 第 1の基板 1 a と第 2の基板 1 bに分 離される。 上記分離面 8 の形成を容易に、 かつ、 正確に行なうために、 本実施例では、 上記ガラス層の形成時に、 分離ライ ン用マーカをアレイ 導波路型回折格子の導波路構成 （導波路パターン） 以外のところに一括 して形成しておいた。
また、 分離面 8 での反射を防ぐために、 分離面 8に反射防止用のオイ ルを塗布し、 ベース 9上に高熱膨張係数部材 7 と低熱膨張板部材 4 0を 介して上記ァレイ導波路型回折格子チップを配置し、 ガラス層 1 0 b、 基板 1 bを上記固定態様にて固定し、 ガラス層 1 0 a、 基板 1 aは高熱 膨張係数部材 7の温度変化に伴う伸縮量に応じて移動するように上記態 様に配置した。
本実施例は以上のように構成されており、 本実施例も第 4図に示した 提案例のァレイ導波路型回折格子と同様の動作により同様の効果を奏す ることができる。 実際に、 使用温度範囲内におけるアレイ導波路型回折 格子の光透過中心波長シフ ト量を測定したところ、 0 . O l n m程度に 抑制できることが確認できた。
また、 本実施例によれば、 光入力導波路 2の入射端 3 5が終端されて いる第 1 の端面 1 8 と、 光出力導波路 6の出射端 3 6が終端されている 第 2の端面 1 9 と、 分離面 8 とが互いに対向している。 第 4図のアレイ 導波路型回折格子の場合には光出力導波路 6に接続する光ファイバ 2 4 およびその光ブァィバ配列具 2 2が低熱膨張板部材 4 0にぶつかるとい つた問題が生じ得たが、 本実施例においては、 上記のよ うに、 第 1の端 面 1 8 と、 第 2の端面 1 9 と、 分離面 8 とが互いに対向しているために 、 このような問題の発生を抑制できる。 そのため、 光出力導波路 6の出 射端 3 6に出力側の光ファイバ 2 4およびその光ファイバ配列具 2 2を 接続する作業および調心する作業が非常に行ないやすい。
また、 光入力導波路 2の入射端 3 5に入力側の光ファィバ 2 3および その光ファイバ配列具 2 1を接続する作業も良好に行なえるため、 接続 相手側の光ファイバとの調心作業性の良好なアレイ導'波路型回折格子と することができる。
そのため、 本実施例によれば、 アレイ導波路型回折格子を作業性良く 製造することができ、 各光透過中心波長の温度依存性を的確に抑制でき るアレイ導波路型回折格子を歩留まり良く得ることができる。
また、 本実施例においては、 アレイ導波路型回折格子のチップを第 1 A図の D— D断面で切断したときにその断面が、 第 1 C図に示される形 態になるようにしている。 すなわち、 第 1の端面 1 8、 第 2の端面 1 9 、 分離面 8力 S、 いずれも基板 1の面に垂直な面 Rに対して 8度以上の角 度で交わる傾斜面となるようにしている。 このようにすると、 光フアイ パ 2 3 と光入力導波路 2 との接続部において反射光が光入射側に戻るの を抑制し、 また、 光ファイバ 2 4 と対応する光出力導波路 6 との接続部 において反射光が入射側に戻るのを抑制でき、 また、 分離面 8における 反射減衰量を小さくできる。
なお、 本発明は上記実施例に限定されることはなく、 様々な実施の態 様を採り得る。 例えば上記実施例では、 第 1の端面 1 8の長手方向と第 2の端面 1 9の長手方向を分離面 8の長手方向と平行な面にしたが、 第 2 B図に示すように、 第 1、 第 2の端面 1 8， 1 9の長手方向を分離面 8の長手方向に対して斜めの面と してもよレ、。
この場合、 第 2 B図に示すように、 第 1、 第 2の端面 1 8 , 1 9を分 離面 8 と平行な面 Sに対して 8度以上の角度で交わる斜めの面にすると 、 光ファイバ 2 3 と光入力導波路 2 との接続部において反射光が光入射 側に戻るのを抑制し得る。 また、 光ファイバ 2 4 と対応する光出力導波 路 6 との接続部において反射光が入射側に戻るのを抑制できるために、 これらの接続部における反射減衰量を例えば 3 5 d B以上とし、 接続損 失を小さくすることができる。
また、 第 2 A図に示すように、 分離面 8を基板 1の面に垂直な面 Rに 対して 8度以上の角度で交わる傾斜面にすると、 分離面 8における反射 減衰量を低減でき、 分離スラブ導波路 3 a と分離スラブ導波路 3 b との 接続損失を小さくすることができる。 なお、 第 2 A図、 第 2 B図の中に 付されている番号の 3 8 , 3 9は、 アレイ導波路型回折格子の端面 1 8 , 1 9 と光ファイバ配列具 2 1、 2 2 との作業性をより一層向上させる ために設けた上板部材を示している。 さらに、 上記実施例では、 第 1のスラブ導波路 3の光進行方向中心軸 に対して略垂直に交わる面を分離面 8を形成したが、 第 3図に示すよ う に、 分離面 8は上記光進行方向中心軸に対して斜めの面としてもよく、 分離面 8は分離するスラブ導波路を通る光の経路と交わる分離面とすれ ばよい。 なお、 この場合、 分離面 8 と前記スラブ導波路の光進行方向の 中心軸との成す角度のうち小さい方の角度 Θを 8 3 ° 以下の角度に形成 すると、 分離面 8における反射減衰量を例えば 3 5 d B以上と し、 分離 スラブ導波路 3 a と分離スラブ導波路 3 b との接続損失を低減できる。
さらに、 上記実施例では第 1 のスラブ導波路 3を分離したが、 アレイ 導波路型回折格子は光の相反性を利用して形成されているものであり、 第 2のスラブ導波路 5側を分離して、 分離された分離スラブ導波路の少 なく とも一方側を、 中心波長シフ ト機構によって前記分離面 8に沿って 基板面方向に移動させてもよく、 この場合も上記実施例と同様の効果を 得ることができる。
さらに上記実施例では、 分離面 8を切断により形成したが、 分離面 8 は劈開等によって形成してもよい。
さらに、 本発明のアレイ導波路型回折格子を構成する各導波路 2， 3 , 4， 5 , 6の等価屈折率や本数、 大きさなどの詳細な値は特に実施例 のものに限定されるものではなく、 適宜設定されるものである。
産業上の利用可能性
以上のように、 本発明にかかるアレイ導波路型回折格子は、 光通信等 において光信号の分波、 合波、 合分波を的確に行い、 アレイ導波路型回 折格子と光ファイバ等の光部品とを作業性良く調心接続するのに適して いる。

Claims

5冃 求 の 範 囲
1 . 1本以上の並設された光入力導波路と ； この光入力導波路の出射側 に接続された第 1のスラブ導波路と ；該第 1のスラブ導波路の出射側に 接続され互いに設定量異なる長さの複数並設されたチャネル導波路から 成るアレイ導波路と ； 該アレイ導波路の出射側に接続された第 2のスラ プ導波路と ； 該第 2のスラブ導波路の出射側に複数並設接続された光出 力導波路と ； を備えたア レイ導波路型回折格子であって、 前記光入力導 波路の入射端がアレイ導波路型回折格子の第 1の端面に終端され、 前記 光出力導波路の出射端がアレイ導波路型回折格子の前記第 1の端面と対 向する第 2の端面に終端されており、 前記第 1 のスラブ導波路と第 2の スラブ導波路の少なく とも一方がスラブ導波路を通る光の経路と交わる 分離面で分離されて分離スラブ導波路と成し、 前記分離スラブ導波路の 少なく とも一方側を温度により前記分離面に沿ってスライ ド移動させる ことによりァレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長をシフ トさせる 中心波長シフ ト機構が備えられていることを特徴とするァレイ導波路型 回折格子。
2 . 第 1の端面の長手方向と、 第 2の端面の長手方向と、 分離面の長手 方向とを互いに略平行に形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項記 載のァレイ導波路型回折格子。
3 . 分離面はスラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して直交する面と したことを特徴とする請求の範囲第 1項記載のァレイ導波路型回折格子
4 . 分離面はスラブ導波路の光進行方向の中心軸に対して斜めに交わる 面と し、 前記分離面と前記スラブ導波路の光進行方向の中心軸との成す 角度のうち小さい方の角度を 8 3 ° 以下の角度に形成したことを特徴と する請求の範囲第 1項記載のアレイ導波路型回折格子。
5 . 中心波長シフ ト機構はァレイ導波路型回折格子の各光透過中心波長 の温度依存変動を低減する方向に分離スラブ導波路をスライ ド移動させ る構成と成していることを特徴とする請求の範囲第 1項記載のアレイ導 波路型回折格子。
6 . 中心波長シフ ト機構は、 アレイ導波路型回折格子の温度変化量に対 応してシフ トする光透過中心波長のシフ ト分に応じた量だけ前記温度変 化量に対応して熱伸縮が生じる物質を有していることを特徴とする請求 の範囲第 5項記載のァレイ導波路型回折格子。
7 . アレイ導波路型回折格子は基板面に形成され、 このアレイ導波路型 回折格子を形成した基板は分離スラブ導波路の分離面に一致する分離面 を有して分離スラブ導波路の分離面を境にしたアレイ導波路型回折格子 の一方側を形成した第 1 の基板と、 同じく分離面を境にしたァレイ導波 路型回折格子の他方側を形成した第 2の基板とに分離され、 この第 1の 基板と第 2の基板のうちの一方側の移動側基板には基板より も熱膨張係 数の大きい高熱膨張係数部材がその長手方向を前記分離スラブ導波路の 分離面のスライ ド方向にして移動側基板面に沿って配置されており、 こ の高熱膨張係数部材の基端側は固定部に固定され、 高熱膨張係数部材の 熱伸縮移動側は前記移動側基板に固定されて高熱膨張係数部材を構成要 素に含む中心波長シフ ト機構が形成され、 該中心波長シフ ト機構は高熱 膨張係数部材の熱収縮移動によつて分離スラブ導波路の一方側を分離ス ラブ導波路の他方側に対し前記分離面に沿ってスライ ド移動することを 特徴とする請求の範囲第 1項記載のアレイ導波路型回折格子。
8 . 第 1 の基板と第 2 の基板はベース面上にマウントされ、 第 1 の基板 と第 2の基板のうちの一方側の移動側基板の下面とベース面間に高熱膨 張係数部材が配置されて高熱膨張係数部材の基端側は固定部としてのベ ースに固定され、 第 1の基板と第 2の基板のうちの他方側の基板はその 下面側に配置された低熱膨張係数部材を介して前記ベースに固定されて おり、 低熱膨張係数部材の熱膨張係数をほぼベースの熱膨張係数と同じ とした、 請求の範囲第 7項記載のアレイ導波路型回折格子。
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